1、海 南 師 范 大 學本 科 生 畢 業(yè) 論 文題目:基于單片機的振動觀測儀設計與制作姓 名： 馮雙喜 學 號： 200806302204 專 業(yè)：電子信息科學與技術年 級： 2008級 系 別：電子信息科學與技術完成日期： 2012年5月 指導教師： 鄺雄（教授） 本科生畢業(yè)論文（設計）獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設計）是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，本論文中沒有抄襲他人研究成果和偽造數據等行為 。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。論文（設計）作者簽名： 日期： 本科生畢業(yè)論文（設計）使

2、用授權聲明海南師范大學有權保留并向國家有關部門或機構送交畢業(yè)論文（設計）的復印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設計）被查閱和借閱。本人授權海南師范大學可以將本畢業(yè)論文（設計）的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復印手段保存、匯編畢業(yè)論文（設計）。論文（設計）作者簽名： 日期： 指 導 教 師 簽 名： 日期： 目 錄前言1一設計要求11.1系統(tǒng)任務11.2 系統(tǒng)參數1二.設計思想22.1 設計思路22.2 系統(tǒng)原理2 2.3系統(tǒng)方案論證. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、2 2.4方案設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2三.系統(tǒng)的硬件設計與實現33.1 stc89c52單片機的功能介紹33.1.1 stc89c52引腳封裝33.1.2 stc89c52主要性能參數53.2微壓傳感器sc0073模塊工作原理53.2.1sc0073模塊性能指標63.3模數轉換模塊（adc0804）63.3.1adc0804基本原理63.3.2 adc0804的規(guī)格及引腳圖73.4復位電路83.5電源電路部分93.6主控電路系統(tǒng)圖10四.系統(tǒng)軟件設計104.1

4、系統(tǒng)軟件設計流程圖114.2串口通信電路部分114.2.1串口通信工作原理114.3串口通信開發(fā)平臺124.4系統(tǒng)調試13五收獲與展望14六謝詞 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14參考文獻：14附錄一：程序15附錄二：pcb圖19附錄三：元器件清單20基于單片機的振動觀測儀的設計與制作作者：馮雙喜 指導教師：鄺雄（海南師范大學物理與電子工程學院，海口，571158)摘 要：傳感器測得振動的模擬信號經過模數轉換（adc0804）模塊轉換成數字信號送入單片

5、機，單片機再將數字信號用數碼管顯示出來；同時將數字信號通過串口在電腦上顯示測得振動的波形，并用發(fā)光二極管閃爍顯示波形的變化情況。關鍵詞：傳感器 ；電腦顯示波形 ；單片機design and manufacture of vibroscope based on scmauthor: feng shuang xi tutor: kuang xiong (college of physics and electronic engineering, hainan normal university, haikou 571158, china) abstract : sensors that the v

6、ibration of the analog signal after modulus conversion (adc0804) module converted into digital signals into a single-chip microcomputer, scm and digital signal with a digital tube will be shown; and at the same time, to digital signal through a serial port on the computer in the vibration of the wav

7、eform display, and the flashing light emitting diode shows the change of the waveform.keywords: sensors; computer display waveform; single-chip microcomputer前言當今社會上，有越來越多振動現象產生，這些振動現象究竟哪些對人是有利的哪些對人是有害的呢！為了研究這些振動現象我用單片機進行了振動觀測儀的設計與制作。一.設計要求1.1 任務：觀測振動的波形，通過振動的波形觀測和分析波形的變化趨勢和振動強度，同時將數據進行保存，便于以后的分析和對比觀

8、測。1.2 參數： 主要包含振動的頻率和振幅，振幅主要反映的是波動的強度，頻率主要是反映振動的速率。二.設計思想2.1 設計思路本電路分三條顯示測得的波形，一是測得的波形用發(fā)光二極管的閃爍顯示波形的變化，二是測得的波形變化通過數碼管顯示波形的變化情況，三是將測得的波形通過串口接入電腦上在電腦上顯示測得的波形圖。2.2 系統(tǒng)原理本系統(tǒng)是用stc89c52單片機來控制的模塊化的設計，通過傳感器模塊sc0073采集測得的波形振動數據的模擬量經過adc0804模數轉換將模擬量轉換成數字量，將數字量送入單片機，在單片機的控制下通過發(fā)光二極管、數碼管、電腦同時通過不同的形式顯示測得的振動波形。2.3 系統(tǒng)

9、方案論證方案一：本系統(tǒng)是利用stc89c52為控制核心的波形振動觀測儀，通過采用hkg-07a傳感器主要用來檢測脈搏跳動引起指尖內微血容積發(fā)生的變化，預處理時間長，受溫度、濕度的影響導致穩(wěn)定性差。方案二：本系統(tǒng)是利用stc89c52為控制核心的波形振動觀測儀，通過采用sc0073動態(tài)微壓傳感器檢測振動的幅度，該傳感器對具有靈敏度高，抗過載及沖擊波能力強，抗干擾性好、操作簡便、體積小、重量輕、成本低等特點，廣泛應用于醫(yī)療、工業(yè)控制、交通、安全防衛(wèi)等領域。所以采用方案二。2.4系統(tǒng)方案設計本系統(tǒng)振動觀測儀是一種新型的自動觀測振動現象的產生，并用數碼管顯示振動的幅度。系統(tǒng)總體構成包括sc0073傳感

10、器模塊、ad轉換模塊、復位電路、電源電路、顯示模塊等五大模塊。總體框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)總體框圖三.系統(tǒng)的硬件設計與實現3.1 stc89c52單片機的功能介紹3.1.1 stc89c52引腳封裝stc89c52引腳功能介紹（其引腳圖如圖2所示）：圖2 52單片機引腳圖vcc（40）：電源電壓 gnd（20）：接地p0口（32-39）：p0口是一個8位雙向i/o接口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位吸收電流的方式驅動8個ttl邏輯門電路，對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用。p1口（1-8）：p1是一

11、個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路，對端口p0寫“1”通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平時，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。p2口（21-28）：p2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路，對端口p2寫“1”通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平時，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行 movx

12、 dptr指令）時，p2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內容。 p3口（10-17）：p3是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路，對端口p3寫“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示：表2 p3口的第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時/計數

13、器0）p3.5t1（定時/計數器1）p3.6wr（外部數據存儲器寫通道）p3.7rd（外部數據存儲器讀通道）reset（9）：復位信號輸入端。當振蕩器工作時，rst引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ale/prog（30）：地址鎖存有效信號輸出端。當訪問片外程序存儲器或數據存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的，要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ale脈沖。psen（29）：程序存儲允許輸出端。是片外程序存儲器的讀選通信號，當stc89c52由外

14、部程序存儲器取指令（或數據）時，每個周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp（31）：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地），需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1（19）：振蕩器反相放大器的內部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2（18）：振蕩器反相放大器的

15、輸出端。通過xtal1、xtal2外接晶振后，即可構成自激振蕩器，驅動內部時鐘發(fā)生器向主機提供時鐘信號。3.1.2 stc89c52主要性能參數1具有8k字節(jié)可擦寫flash rom21000次擦寫周期3全靜態(tài)操作：0hz24mhz4三級加密程序存儲器5256字節(jié)片內ram632個可編程i/o口線73個16位定時器/計數器86個中斷源9低功耗空閑和掉電方式10可編程串行uart通道3.2 微壓傳感器sc0073模塊工作原理傳感器（sc0073）通過力敏元件采集波形振動的模擬量通過輸出端接入模數轉換芯片（adc0804）進行轉換，其輸出端要通過一個10k的上拉電阻接到高電平上，另一端接地。圖4

16、sc0073模塊工作原理圖3.2.1 sc0073模塊性能指標壓力范圍：1kpa靈敏度：0.2mv/pa非線性度：1%f.s頻率響應：11000hz標準工作電壓：3v（dc）擴充工作電壓：1.5-6v（dc）標準負載電阻：10k擴充電阻：5k-20k3.3 模數轉換模塊（adc0804）3.3.1 adc0804基本原理adc0804是將模擬信號轉換成數字信號（a/d轉換器即模擬/數字轉換器），信號輸入端可以是轉換器的輸出或傳感器。3.3.2 adc0804的規(guī)格及引腳圖圖5 adc0804引腳圖時鐘信號輸入端。:內部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，振蕩無條件（r,c）頻率范圍100khz1460kh

17、z，與端配合可由芯片自身產生時鐘脈沖，其振蕩頻率是1/（1.1rc）。片選信號輸入端，低電平有效，一旦有效，表明a/d轉換器被選中，可啟動工作。 a/d轉換結束信號，低電平表示本次轉換已完成。外部讀取轉換轉換后的結果控制信號的輸出端。當為l0時，轉換后的數據才會輸出，當為hi時，db0-db7處于高阻抗狀態(tài)。啟動轉換器的控制輸入端，既是adc的轉換開始（=0時），當由hi變?yōu)閘0時，轉換器被清除；當回到hi時，開始轉換。db0-db7:具有三態(tài)特性的8位數字信號輸出端。vin（+） vin（-）：差動模擬電壓輸入端，輸入單端正電壓時，vin(-)應接地；當為差動輸入時，直接加入vin(+)與v

18、in(-)。agnd模擬信號接地端。dgnd數字信號接地端。vref：參考電壓輸入端，決定量化單位。vcc：電源電壓5v或電路參考電壓輸入端。表3 adc0804轉換功能十六進制二進制與滿刻度的比率相對電壓值vref=2.560伏高四位字節(jié)低四位字節(jié)高四位電壓低四位電壓f111115/1615/2564.8000.300e111014/1614/2564.4800.280d110113/1613/2564.1600.260c110012/1612/2563.8400.240.b101111/1611/2563.5200.220.a101010/1610/2563.2000.200910019/

19、169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140.601106/166/2561.9200.120.501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040.100011/161/2560.3200.020.00000003.4復位電路該系統(tǒng)采用外部復位電路采用按鍵手動復位 牛昱光.單片機原理與接口技術m.電子工業(yè)出版社，北京.2009（12）mcs-52單片機的上電加按鍵手動復

20、位電路如下圖7所示。當復位按鍵按下后，復位端通過的小電阻與+5v電源接通，電容迅速放電，使rst引腳為高電平；當復位按鍵彈起后，+5v電源通過大電阻電阻對電容重新充電，rst引腳端出現復位正脈沖。其持續(xù)時間取決于rc電路的時間常數。 圖6 上電自動復位電路 圖7 按鍵手動復位電路3.5電源電路部分穩(wěn)壓電源lm78052 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽訓練教程m.電子工業(yè)出版社，北京.2006(04)lm7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為to-220.它有一系列固定的電壓輸出，應用非常廣泛。每種類型由于內部電流的限制，以及過熱保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就

21、能夠提供大于1.5a的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設計的。但是當接入適當的外部器件后，就能獲得各種不同的電壓和電流。如下圖8所示，、為濾波電容，可以穩(wěn)壓在5v,可以給單片機提供穩(wěn)定的電源。圖8 5v直流穩(wěn)壓電源3.6主控電路系統(tǒng)圖本系統(tǒng)是用微壓傳感器（sc0073）模塊采集波形振動的數據通過模數轉換芯片（adc0804）進行轉換，轉換后的數據送入單片機的p2口，在經過單片機的p3口控制發(fā)光二極管通過串口在電腦上顯示測得的波形，數碼管顯示測得波形的幅度。根據系統(tǒng)要求及各模塊所實現功能,設計出主控電路系統(tǒng)如圖3所示：圖3 主控電路圖四系統(tǒng)軟件設計 4.1軟件設計流程圖 4.2串口通信電路部分4

22、.2.1串口通信工作原理max232是把ttl電平從0v和5v轉換到3v15v或-3v-15v之間。原理圖如下圖9所示，首先ttl電平txd發(fā)送數據時，若發(fā)送低電平0，這時導通，pcrxd由空閑時的低電平變高電平（如pc用中斷接收的話會產生中斷），滿足條件。發(fā)送高電平1時，txd為高電平，截止，由于pcrxd平時是-3v-15v，通過和將其拉低pcrxd至-3-15v，此時計算機接收到的就是1。下面再反過來，pc發(fā)送信號，由單片機來接收信號。當pctxd為低電平-3v-15v時，單片機rxd被拉到5v高電平；當pctxd變高時, 導通，rxd被拉到低電平，這樣便實現的雙向轉換。圖9 rs232

23、電平與ttl電平轉換電路4.3串口通信開發(fā)平臺在系統(tǒng)開發(fā)過中充分考慮到人性化的控制，因此基于visual basic 6.0設計了一套振動波形觀測平臺。vb包含了許多基于不同功能的控件，其中就包括串口通信控件，控件中包含基于串口通信的方法和事件類型。在平臺軟件設計中初始化串口是其中重要部分，串口的初始化包含串口號選擇、接收緩沖區(qū)大小、接收數據類型、串口狀態(tài)和是否清空緩沖區(qū)等等，如下是上位機串口初始化函數：private sub form_load()dim i as integer, j as integerkk = 0liu = 0rliu = 0 call init mscomm1.set

24、tings = 9600,n,8,1 mscomm1.commport = 3 設定串口，為1為comm1 mscomm1.inbuffersize = 8 mscomm1.outbuffersize = 2 if mscomm1.portopen = true then mscomm1.portopen = false 關串口 mscomm1.rthreshold = 4 mscomm1.sthreshold = 1 mscomm1.inputlen = 0 mscomm1.inputmode = 1 if mscomm1.portopen = false then mscomm1.port

25、open = true mscomm1.inbuffercount = 0 清空接收緩沖區(qū)text1.text = 0end sub在pc機與下位機設備通信過程中波特率設置為9600，串口號為3，緩沖區(qū)大小設置為8個字節(jié)。當串口有數據傳輸到pc機時，會引發(fā)mscomm1_oncomm()事件，在事件中主要負責將數據存入緩沖區(qū)，并且將數據調整為符合顯示界面要求的值。然后根據前后值利用line方法劃線。如下是事件觸發(fā)函數:private sub mscomm1_oncomm() dim rec as integer dim n as integer intinputlen = mscomm1.in

26、buffercount select case mscomm1.commevent case comevreceive bytinput = mscomm1.input for n = 0 to intinputlen - 1 text1.text = bytinput(n) rec = bytinput(n) liu = rec * 19.6 form1.line (kk - 20, rliu)-(kk, liu), rgb(255, 255, 255) rliu = liu kk = kk + 20 if kk = 10000 then kk = 0 cls call init end i

27、f next n mscomm1.inbuffercount = 0 清空接收緩沖區(qū) end selectend sub4.4系統(tǒng)調試調試前首先檢查電路連線是否正確，再檢查元器件的安裝情況，檢查元器件引腳之間有無短路和虛焊現象，尤其是電源和地腳，電解電容、發(fā)光二極管、電源“+”、“-”極不要接反。把經過準確測量的電源接入電路。觀察有無異常現象，包括有無元器件發(fā)熱、冒煙有異味、電源是否有短路現象等；如有出現上術象發(fā)生，應立刻斷開電路電源，檢查電路故障并根據檢查結果對參數進行修正。經多次調試得到了想要達到的效果，在電腦上顯示所測得的振動波形，在數碼管上顯示測得振動的波形的振幅。 圖10 系統(tǒng)調試圖

28、五收獲與展望六.謝詞歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在寫論文和制作實物過程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師鄺雄老師，他對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助我進行論文的修正和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最誠摯的謝意。感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的

29、幫助。由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！參考文獻：1 牛昱光.單片機原理與接口技術m.北京:電子工業(yè)出版社2 郭天祥.51單片機c語言教程入門提高開發(fā)拓展全攻略m.北京.電子工業(yè)出版社，2009-63 張常年.國外電子元器件.北方工業(yè)大學工學院j.北京,2002-2,(2):20-23.4 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程. 北京.高等教育出版社，2006-55 余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程.北京.高等教育出版社，2006-76 黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程.電子工業(yè)出版社.2006-6(4)附錄一：程序1.開發(fā)平臺程序dim liu a

30、s doubledim rliu as doubledim kk as integerprivate sub command1_click()if mscomm1.portopen = true then mscomm1.portopen = falseendend subprivate sub form_load()dim i as integer, j as integerkk = 0liu = 0rliu = 0 call init mscomm1.settings = 9600,n,8,1 mscomm1.commport = 4 設定串口，為1為comm1 mscomm1.inbuf

31、fersize = 8 mscomm1.outbuffersize = 2 if mscomm1.portopen = true then mscomm1.portopen = false 關串口 mscomm1.rthreshold = 4 mscomm1.sthreshold = 1 mscomm1.inputlen = 0 mscomm1.inputmode = 1 if mscomm1.portopen = false then mscomm1.portopen = true mscomm1.inbuffercount = 0 清空接收緩沖區(qū)text1.text = 0end subp

32、rivate sub mscomm1_oncomm() dim rec as integer dim n as integer intinputlen = mscomm1.inbuffercount select case mscomm1.commevent case comevreceive bytinput = mscomm1.input for n = 0 to intinputlen - 1 text1.text = bytinput(n) rec = bytinput(n) liu = rec * 19.6 form1.line (kk - 20, rliu)-(kk, liu),

33、rgb(255, 255, 255) rliu = liu kk = kk + 20 if kk = 10000 then kk = 0 cls call init end if next n mscomm1.inbuffercount = 0 清空接收緩沖區(qū) end selectend subprivate function init()form1.scale (0, 6000)-(10000, -1000)form1.drawwidth = 1form1.drawstyle = 3for j = -500 to 5000 step 500form1.line (0, j)-(10000,

34、j), rgb(0, 255, 255)nextcurrentx = 0: currenty = 0: print 0currentx = 0: currenty = 5000: print 振動極限form1.drawwidth = 2form1.drawstyle = 0form1.line (0, 5000)-(10000, 5000), rgb(255, 10, 0)form1.line (0, 0)-(10000, 0), rgb(255, 10, 0)end function數碼管顯示程序#include#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit